Введение.

Способ подачи информации через кабельные сети в наши дни считается наиболее прогрессивным и является самой современной системой коммуникации, которая находит применение в областях управления технологическими процессами, передачи информации между учреждениями, многопрограммных передач, обучении замкнутой телевизионной системы при. Система характеризуется применением коаксиального кабеля как средства для передачи информации "последней мили", и оптико-волоконного кабеля в качестве магистрали. Кабельное телевидение получило особенное распространение в США, Японии и Западной Европе. Так, в Бельгии - 10 миллионов пользователей, в США - более 50 миллионов. Одним из наиболее известных каналов кабельного информационного вещания стал канал CNN, работающий 24 часа в сутки. Для большинства жителей Западной Европы кабельное телевидение стало обычным и необходимым компонентом их ежедневного "телерациона". В мировой практике для коммерческих сетей кабельного телевидения стала отдельной статьей дохода ретрансляция популярных спутниковых телеканалов, таких как CNN, музыкальная служба MTV, научно-популярный канал Discovery, и другие. Связано это с тем, что ощущается острый дефицит видеоматериалов для заполнения каналов кабельных систем, число которых постоянно растет, и их организаторы наряду с собственными передачами транслируют зарубежные спутниковые программы. Кабельное телевидение, на сегодняшний день, тяготеет к формуле "спутник-кабель".

Возможности коммерческих кабельных сетей.

Современный оптоволоконный кабель, как средство коммуникации в системах многоканальной связи применим не только для подачи теле и радиосигнала, но и позволяет использовать его практически всеми инфраструктурами города - это и телефонная связь, передача данных, Интернет, правоохранительные органы, банки, скорая медицинская помощь, налоговая инспекция и т.п. Причем, именно благодаря кабельному телевидению может быть значительно увеличена эффективность их работы.
Например, в Германии кабельное ТВ сыграло решающую роль в поимке преступников, непрерывно перемещающихся в течение длительного времени по стране. Этот опыт можно использовать и в нашей стране, так как высокие технические возможности кабельного телевидения позволяют оперативно в любом районе любого города дать информацию, например, о совершенном преступлении, или о пропавшем без вести человеке, или о каком-либо неожиданном событии (штормовом предупреждении и т.п.). Очень привлекательной является не только максимальная на сегодняшний день оперативность, но и высокая рентабельность кабельных сетей.
Однако основным назначением сети кабельного телевидения (СКТВ) является предоставление абонентам большой группы телевизионных каналов. В их числе будет 16 каналов эфирного телевидения, 16 каналов MMDS, 16 кабельных городских каналов. Целая группа каналов (преимущественно государственного вещания) будет предоставляться абонентам за фиксированную месячную плату. Прием остальных каналов будет осуществляться через дистанционно управляемые кодирующие устройства и за дополнительную плату. Программы будут передаваться согласно предварительно составленному расписанию. Чтобы уменьшить вероятность "пиратского" пользования данной платной услугой, коды периодически будут меняться произвольным образом.
СКТВ способна в полном объеме решить проблемы звукового вещания. Применение специализированного телевизионного оборудования предусматривает такую возможность на транспортном уровне сети. Оборудование волоконно-оптической распределительной сети также рассчитано на передачу группы каналов звукового вещания. На выходе приемных комплектов этих систем будут осуществляться их передача по коаксиальной сети, по которой они распределяются абонентам.
Наряду с этим, СКТВ уже на начальном этапе своего функционирования может предоставлять абонентам и другие услуги на основе использования аналоговых каналов. К их числу можно отнести:
Платный просмотр без реализации обратного канала. Данная услуга предполагает наличие для этой цели свободных аналоговых каналов. Заказ показа кинофильма или какой-либо программы из известного перечня осуществляется по телефону. Аналоговая абонентская приставка используется в качестве кодера, на который при показе программы подается соответствующий сигнал.
Платный просмотр с реализацией обратного канала. Эта услуга отличается от предыдущей тем, что заказ осуществляется посредством использования обратного канала в полосе частот 5…30 МГц. Он же используется для передачи информации о выполнении услуги и команды произвести начисление ее оплаты.
Услуги подключения к сети Интернет и другим компьютерным сетям. Интернет является одной из наиболее развитых компьютерных сетей. Помимо электронной почты по нему можно предоставлять пользователям целый комплекс услуг таких, как покупки на дому, информация из свежих газет, библиотечное обслуживание на дому и ряд других. Для подключения к сети Интернет используются специальные узлы. В случае СКТВ на стороне абонента применяется специальный коаксиальный модем для осуществления дуплексной связи. Обратный канал применяется для запросов услуг сети Интернет. Похожая схема взаимодействия возможна и с любыми другими компьютерными сетями.
Интерактивная услуга "видео по запросу". Позволяет осуществить показ желаемого фильма в любое время. С помощью устройства дистанционного управления по обратному каналу подается команда для выбора фильма из банка данных видеотеки. При этом, как в видеомагнитофоне, возможна реализация команд остановки, перемотки назад или вперед.
Помимо этого СКТВ позволяют осуществлять по коаксиальному кабелю коммутируемую телефонную связь. Эта функция представляется весьма перспективной и важной для интеграции сетей абонентского доступа КТВ и МГТС. При строительстве новых домов будет достаточным ввести в каждую квартиру только один коаксиальный кабель, чтобы решить задачи подключения телевизионного приемника, радиоприемника, компьютера и телефонного аппарата.

Наличие обратного канала позволяет решить целый ряд других задач: заказ покупок на дому; банковские операции не выходя из дома; образование и телеобучение; участие в телеиграх; предоставление информации и справок по запросу (содержание газетной, журнальной и книжной информации, результаты игр, телетекст, рекламы, информация местного значения для индивидуального пользования, сводки погоды и т.п.); передача по запросу каталога программ вещания и сведений об их содержании; участие в аукционах; участие в голосовании; выбор источника программы при многоканальной передаче (например, положение передающей камеры при трансляции спортивных состязаний); управление дополнительной информацией или данными, относящимися к передаваемой программе; подача объявлений; сбор информации для определения общественного мнения и рейтингов; организация видео- и аудиоконференций; передача сигналов охранной системы; организация пожарной сигнализации и т.д.
В настоящее время использование в КТВ обратных каналов находится только в начальной стадии. Поэтому трудно себе представить, что эта задача интеграции услуг станет первостепенной в старых СКТВ. Необходимо только заложить в них возможность реализации как можно большего комплекса услуг, которые будут вводиться поэтапно.
Использование обратных каналов КТВ может служить и решению задачи активного привлечения ее пользователей. Наглядным примером эффективности такого подхода является опыт СКТВ Великобритании. К моменту начала применения услуг коммутируемой телефонной сети число их абонентов составляло только 4% населения страны. Для сравнения можно указать, что в государствах Бенилюкса этот показатель составляет 90%, в Германии - 30%. Английские операторы СКТВ получили лицензию на предоставление услуг коммутируемой связи и установили тарифы приблизительно на 30% меньше, чем операторы телефонных сетей. Более того, было установлено время (с 7 часов вечера до 7 часов утра) для бесплатного пользования телефоном. В случае дополнительной подписки на платные каналы телевидения (что собственно и составляет основной род деятельности сети) для абонентов, пользующихся услугами телефонной связи, была установлена система скидок. В результате такой политики число пользователей СКТВ достаточно быстро увеличилось.

Интерактивные службы (обратные каналы) и их реализация.

Одним из важнейших требований к современным СКТВ является возможность создания интерактивных служб. Для организации обратных каналов, как правило, используются отдельные волокна. Существует множество способов построения интерактивных служб. Как правило, передача информации в прямом и обратном направлениях осуществляется в различных участках полосы пропускания. Полоса пропускания для обратного канала в европейских странах занимает диапазон 5…30 МГц, который расположен ниже полосы частот первого ТВ-канала и предназначен для подачи внутрисистемных сигналов на головные станции. В североамериканских странах для него отводится диапазон 5…40 МГц. В связи с тем, что этим частотным диапазоном могут пользоваться ряд различных служб, при организации обратных каналов необходимо принимать меры для мультиплексирования со сжатием и устранения взаимных влияний различных каналов. С этой целью применяется квадратурная амплитудная модуляция типа 64-QAM, позволяющая достигнуть эффективности использования спектра частот порядка 4,5 бит/Гц.
Максимальная суммарная скорость передачи обратной информации от всех абонентов отдельной системы может составлять при этом 180 Мбит/с.
Специфика, характер и виды реализованных на базе СКТВ интерактивных служб в значительной степени обусловливают скорость передачи информации, полосы частот, объем передаваемых данных и другие параметры каналов. В ряде случаев, например, при проведении телереферендумов от зрителей могут передаваться простейшие сигналы типа "да" или "нет". При реализации других услуг требуется более сложные сообщения, включающие в себя адрес абонента и другие данные.
В зависимости от требуемой скорости передачи информации, обратные каналы делятся на 3 основных категории:
- низкоскоростные сигналы для передачи данных со скоростью не более 150 бит/с для передачи простейших команд с использованием проверочных символов защиты от ошибок;
- среднескоростные каналы для скоростей 6...7 кбит/с с повышенной надежностью передачи;
- высокоскоростные каналы со скоростью передачи порядка 64 кбит/с.
Последние предполагается использовать при проведении видео- и аудиоконференций с двухсторонней связью. Со временем возможно увеличение максимальной скорости до 2 Мбит/с. Средние скорости рекомендуются при осуществлении покупок на дому; реализации банковских операций не выходя из дома; проведении телеигр; аукционов; заключении торговых сделок. Низкоскоростные каналы предназначены для всех служб, относящихся к запросам и заказам абонентов СКТВ.
Для организации по распределительной сети интерактивных каналов используются различные методы.
Обратные каналы в СКТВ могут быть закрепленными, полузакрепленными и динамическими. Для последних характерна адаптация параметров к характеру службы и объему передаваемой информации. Полузакрепленные каналы предоставляются по запросу пользователей и они используют их только в процессе предоставления услуги. Закрепленные каналы предоставляются в постоянное пользование и ими обеспечивается, как правило, только эксплуатационный персонал.

Состав и оборудование коммерческих кабельных сетей.

Системы кабельного телевидения состоят из следующего оборудования: - комплект антенн для приема программ эфирного телевидения;
- головная станция (ГС), для обработки сигналов, поступающих с приемных антенн, (производит многократное частотное преобразование с обработкой сигнала по промежуточной частоте, что позволяет использовать соседние каналы);
- параболические антенны с диаметром зеркала от 1,5 до 9 метров, в зависимости от спутника и программ, которые надо принять;
- понижающие конвертеры, работающие в диапазонах 2,8…3,2 ГГц (C-Band); 3,8…4,2 ГГц (S-Band); 10,95…11,7 ГГц, 11,7…12,2ГГц (KU-Band); 12,5…12,7 ГГц;
- тюнеры для обработки сигналов поступающих от конвертеров;
- поляризаторы;
- активные и пассивные сплиттеры 1/2, 1/4, 1/8;
- усилители магистрали, 1 МГц;
- головные станции различных модификаций для обработки спутниковых сигналов;
- активные и пассивные сумматоры для объединения сигналов, поступающих от головных станций эфирного и спутникового телевидения, видеостудий, видеокомпьютеров, систем видеонаблюдения;
- элементы кабельной распределительной сети:
- магистральные и домовые усилители;
- ответвители магистрали и разветвители абонентские;
- кабели магистральные, линейные, абонентские;
- абонентские коробки (розетки).
Кабельные сети строятся по частотному принципу в зависимости от которого размещается необходимое число каналов:
- 47…100 МГц - 170…240 МГц, размещается 12 каналов;
- 47…240 МГц, размещается 20 каналов;
- 47…300 МГц, размещается 28 каналов;
- 47…450 МГц, размещается 40 каналов;
- 47…860 МГц, размещается 65 каналов.

Магистральная, субмагистральная и домовая коаксиальные распределительные сети.

Существующие в настоящее временя коллективные системы приема телевидения и крупные коллективные системы приема телевидения построены в основном на базе оборудования серий 100 и 200 и их аналогов. Принципиально все используемые системы одинаковы по своей структуре и имеют полосу пропускания линейного тракта 40...240 МГц. Все системы (как с использованием импортного, так и отечественного оборудования) обеспечивают возможность приема ТВ-сигналов в метровом и дециметровом диапазонах волн. При этом сигналы дециметрового диапазона на входе распределительной сети преобразуются по частоте в полосу свободного канала метрового диапазона. В большинстве систем, наряду с преобразованием частот дециметрового диапазона, осуществляется преобразование частот каналов метрового диапазона, что обусловлено необходимостью уменьшения влияния помех, возникающих из-за наводок на входные цепи ТВ-приемников (помехи от непосредственного приема). Подача сигналов абонентам во всех системах осуществляется в стандартных каналах I, II и III ТВ-диапазонов. Использование этих систем для нужд кабельного телевидения не представляется возможным из-за малого числа распределяемых каналов, узкой полосы пропускания линейного тракта и невозможности организации обратных каналов. Учитывая все изложенное, для построения сети кабельного телевидения представляется наиболее перспективным организация независимой (параллельной) волоконно-коаксиальной сети, удовлетворяющей следующим требованиям:
- полоса пропускания линейного тракта 40...860 МГц (в перспективе до 1 ГГц);
- возможность организации обратного канала в диапазоне частот 5...30 МГц;
- возможность интеграции с телефонной сетью.
Структура этой сети должна быть таковой, чтобы обеспечить большую группу абонентов всеми видами услуг, включая интерактивные службы. В соответствии с этим требованием должны быть выбраны активные и пассивные ее элементы. В практике кабельного телевидения оптимальным количеством абонентов, подключенных к коаксиальной распределительной сети является 5000 абонентов на один оптический приемник. Пассивное и усилительное оборудование для коаксиальных распределительных систем производится десятками фирм. Наибольший интерес вызывает оборудование, имеющее максимальную полосу пропускания (до 862 МГц) и обеспечивающее передачу сигналов обратного канала. При этом выбор фирмы-производителя в большей степени определяется не какими-либо техническими, эксплуатационными или стоимостными характеристиками предлагаемого оборудования, поскольку они достаточно близки у всех фирм - производителей, а конкретными условиями контракта, номенклатурой и объемами поставок.
Для предоставления интерактивных услуг и передачи служебной информации требуется организация канала связи в обратном направлении. Для этого необходима установка дополнительного оборудования как со стороны абонента, так и со стороны головной станции.

Усилительное оборудование.

Магистральные и домовые усилители выполняют функцию компенсации потерь в коаксиальных кабелях. Их электрические характеристики описываются, в основном, сходными наборами параметров.
Отличие заключается в том, что в домовых усилителях менее развиты средства автоматической регулировки усиления и наклона (АРУ и Н) амплитудно-частотной характеристики (АЧХ).
В настоящее время усилия разработчиков и производителей направлены главным образом на обеспечение высокой линейности усилителей. Для достижения высокого подавления нелинейных искажений применяются: двухтактные схемы оконечных и выходных каскадов, сложение мощности двухтактных каскадов, использование параллельных каналов усиления и фазосдвигающих цепей.
Корпус усилителя обычно выполняется с откидывающейся крышкой, в которой могут быть установлены электронные модули. Набор электронных модулей включает: усилитель прямого канала, усилитель обратного канала, входной и выходной дуплексеры, вторичный источник питания с защитой по сетевой помехе, выходному току и перегрузке, дополнительный усилитель для подключения второго выхода непосредственно к домовой распределительной сети, дистанционный контроль, АРУ и Н, комплект сменных аттенюаторов и выравнивателей, температурный компенсатор.
В магистральных усилителях предусмотрена возможность дистанционного питания по коаксиальному кабелю. Практически все усилители имеют контрольно-измерительные точки на входе и выходе. В наиболее дорогих и сложных моделях усилителей корпуса герметичны и допускают различные способы монтажа - в колодцах, на стене, на трассе воздушной коаксиальной линии и т.д

Устройства деления мощности.

К устройствам деления мощности относятся магистральные ответвители и абонентские разветвители. Эти устройства выпускаются практически всеми фирмами-производителями коаксиального линейного оборудования для сетей кабельного телевидения и имеют достаточно много разновидностей по типу кабельных соединений, числу отводов и значениям переходного затухания в них.
Отличия имеются также и по ширине полосы пропускания, однако наибольший интерес, как и в случае усилительных элементов, представляют модификации с рабочим диапазоном частот от 5 до 862 МГц, обеспечивающие наличие обратного канала.
По типу соединений данные устройства предусматривают крепление кабеля под зажим или под разъемы типа F. С точки зрения распространения в кабелях высокочастотных электромагнитных колебаний разъемные соединения более предпочтительны благодаря меньшим потерям. Это и подтверждается техническими характеристиками однотипных устройств с разными типами соединений, причем более точные данные на электрические параметры характерны для устройств с F-разъемами.
Ответвители, предназначенные для работы на магистральных линиях, работают в температурном диапазоне от -20 до +50 °С и обеспечивают передачу по кабелю напряжения питания для магистральных усилителей при токе от 3 до 5 А.
Наиболее распространенными являются следующие типы ответвителей:
- одноотводные (с переходным затуханием 6, 8, 12, 16, 20, 24 или 30 дБ);
- двухотводные (16, 20, 24 или 30 дБ);
- шестиотводные (12 или 18 дБ);
- восьмиотводные (от 12 до 20 дБ).
Затухание между отводами составляет от 36 до 40 дБ. Коэффициент стоячей волны напряжения по входу и выходу от 1,1 до 1,35 в зависимости от диапазона частот. Неравномерность АЧХ достигает ±1,5 дБ.
Hеобходимо отметить, что при сходных электрических характеристиках усилителей, ответвителей и сплиттеров их потребительские характеристики и стоимость определяются дополнительными параметрами, как то: стабильность характеристик, герметизация, конструкция корпуса, устойчивость к климатическим воздействиям и т.д.

Коаксиальные кабели.

Для магистральных и субмагистральных участков сети необходимо применять коаксиальные кабели с минимальным затуханием на верхних частотах. Возможно применение отечественного магистрального кабеля РК75-11 или импортного, например, RG 11 с затуханием на верхних частотах 0,1 дБ/м. Для домовой распределительной сети можно применять более дешевый кабель типа РК75-9 либо RG 6 с затуханием на верхних частотах 0,13 дБ/м.